有關燃料電池的解題策略及應用

楚漢強

摘 要：燃料電池作為新型化學電源而受到人們廣泛關注，使它成為近年來高考的高頻考點。經過對相關試題的仔細研究，就該類題型考點及解法進行了分析歸納。

關鍵詞：燃料電池；解題策略；應用

一、高考中燃料電池考點知識歸納

電極正負極性的判斷；電極反應式的書寫及正誤判斷；電極周圍電解質溶液的pH變化；列關系式運用電子守恒進行有關電化學計算等。

二、解答燃料電池題型必備知識總結

首先，要認識燃料電池就是將燃料（如H2、CO、甲醇等）氧化時，把化學能直接轉化為電能的裝置。燃料電池的基本構成條件為：燃料和氧氣、金屬Pt或活性炭分別做負極和正極，電解質作為導電介質，離子交換膜等。

其次，還要正確認識燃料電池的工作原理。燃料電池作為原電池在放電時發生的總反應和燃料燃燒的總反應一樣，一般是氧氣做氧化劑通入正極，發生還原反應；可燃性物質為還原劑通入負極，發生氧化反應。電解質內部陰離子移向負極，陽離子移向正極，即遵循“負負正正”原則。電路中轉移的電子數和燃料燃燒方程式中實際參加反應的氧氣得電子數相等。

三、燃料電池題型的解題策略

根據原電池總反應來書寫電極反應式。書寫時應遵循原子守恒、電子守恒及電荷守恒，還須特別注意電解質溶液是否參與電極反應。對于較復雜的電極反應式書寫，可先寫出較簡單的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，用總反應式減去較易寫出的電極反應式即可。各電極反應式正確寫出后，根據氧化還原反應原理，即可判斷電極的極性以及某電極是發生氧化還是還原反應。

四、燃料電池考點在高考中的應用

例1.一家公司研制了一種有甲醇和氧氣以及強堿作電解質的手機電池，電量可達到鎳氫電池的10倍，有關此電池的敘述錯誤的是（ ）

A.溶液中的陽離子移向正極

B.負極反應式：CH3OH+8OH--6e-=C+6H2O

C.電池在使用過程中，電解質溶液的c（OH-）不變

D.當外電路通過6 mol電子時，理論上消耗1.5 mol O2

解析：A項，溶液中的陽離子移向發生還原反應的一極即正極；B項，負極CH3OH發生氧化反應；C項，電池在使用過程中，電解質溶液的c（OH-）減少；D項，1 mol O2消耗可轉移4 mol電子，外電路通過6 mol e-時，消耗1.5 mol O2。

點評：本題考查原電池的相關基礎知識，考查分析問題的能力。

例2.（2012·四川理綜，11）一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為：CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+。下列有關說法正確的是（ ）

A.檢測時，電解質溶液中的H+向負極移動

B.若有0.4 mol電子轉移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣

C.電池反應的化學方程式為：CH3CH2OH+O2→CH3COOH+H2O

D.正極上發生的反應為：O2+4e-+2H2O=4OH-

解析：結合題意，該電池總反應即是乙醇的氧化反應，不消耗H+，故負極產生的H+應向正極移動，A項錯誤；酸性溶液中，正極電極反應為O2+4e-+4H+=2H2O，D項錯誤；轉移0.4 mol電子時，消耗O2 0.1 mol，即標準狀況下為2.24 L，B項錯誤；正極反應與負極反應相加可得電池反應為CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，C正確。

點評：本題主要考查考生利用原電池工作原理及書寫燃料電池電極反應式的能力。

變式練習：美國加州Miramar海軍航空站安裝了一臺250 kW的MCFC型燃料電池，該電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為600 ℃～700 ℃，所用燃料為H2，電解質為熔融的K2CO3。該電池的總反應為：2H2+O2=2H2O，負極反應為：H2+C-2e-=H2O+CO2。則下列推斷中正確的是：

A.正極反應：4OH--4e-=2H2O+O2↑

B.當電池生成1 mol H2 O時，轉移4 mol電子

C.放電時C向負極移動

D.放電時C向正極移動

綜上所述，燃料電池相關題目的解答關鍵在于抓住“燃料燃燒反應就是燃料電池的總反應”，然后利用電解質溶液的酸堿性及介質的特殊性，運用氧化還原反應的基本原理進行分析，就可以輕松解答此類問題。

（作者單位 陜西省漢中市漢臺中學）